UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE
LCA – LIFE CYCLE ASSESSMENT
APPLICATO ALLA REALIZZAZIONE DI
OPERE STRADALI
Relatore: Prof. Ing. Marco Pasetto Laureando:
Correlatore: Dott. Ing. Ivan Sorio Mattia Biondani
Sommario
INTRODUZIONE ... 1
1. GENERALITÀ METODOLOGIA LCA ... 3
1.1. Metodologia LCA ... 3
1.2. Norme ISO 14040 e 14044 ... 5
1.2.1. Introduzione ... 5
1.2.2. Descrizione generale della valutazione del ciclo di vita (LCA)... 6
1.2.2.1. Principi del LCA – Generalità ... 6
1.2.2.2. Prospettiva del ciclo di vita ... 6
1.2.2.3. Attenzione focalizzata all’ambiente ... 6
1.2.2.4. Approccio relativo e unità funzionale ... 6
1.2.2.5. Approccio iterativo ... 6
1.2.2.6. Trasparenza ... 7
1.2.2.7. Completezza ... 7
1.2.2.8. Priorità dell’approccio scientifico ... 7
1.2.3. Fasi del LCA ... 7
2. METODO PaLATE ... 11
2.1. Descrizione Generale ... 11
2.2. Fogli elettronici di calcolo ... 15
2.2.1. Design ... 15 2.2.2. Costruzione Iniziale ... 16 2.2.3. Manutenzione ... 18 2.2.4. Attrezzatura ... 22 2.2.5. Costi ... 23 2.2.6. Risultati Costi ... 28 2.2.7. Risultati Ambientali ... 30
3. APPLICAZIONE PRATICA DEL METODO PaLATE ... 35
3.1. DM 5 Novembre 2001 ... 35
3.2.1. Conglomerato bituminoso drenante (usura) ... 41
3.2.2. Conglomerato bituminoso tradizionale (binder e base) ... 41
3.2.3. Misto cementato ... 41
3.2.4. Misto granulare ... 42
3.3. Inserimento dati nel modello ... 44
3.3.1. Design ... 44 3.3.2. Costruzione iniziale ... 45 3.3.3. Manutenzione ... 49 3.3.4. Attrezzatura ... 53 3.3.5. Dati costi ... 54 3.3.6. Costi ... 58 3.3.7. Risultati costi ... 69 3.3.8. Risultati Ambientali ... 74 3.4. Variazione Parametri ... 87
3.4.1. Variazione composizione miscela ... 87
3.4.2. Variazione distanza di trasporto ... 92
4. CONFRONTO PAVIMENTAZIONI NEL METODO PaLATE ... 93
4.1. Variazione larghezza ... 93
4.2. Variazione larghezza e pacchetto pavimentazione ... 94
5. CONCLUSIONI ... 105
INTRODUZIONE
Il lavoro sviluppato in questa tesi si propone di approfondire lo studio della metodologia LCA “Life Cycle Assessment” nelle applicazioni relative alle opere stradali. E’ una tematica molto attuale per via di un aumento sempre maggiore della sensibilità nei confronti delle tematiche ambientali. Il modello di calcolo che si utilizzerà per l’implementazione della metodologia LCA è denominato PaLATE. Ci si soffermerà sulla sua esposizione e si riporterà un esempio pratico applicato ad una pavimentazione oggetto di una specifica progettazione.
L’esposizione si comporrà di quattro parti: • Spiegazione generale metodologie LCA;
• Illustrazione metodo PaLATE utilizzato per l’applicazione della metodologia LCA relativa ad una pavimentazione stradale;
• Applicazione pratica metodo PaLATE; • Discussione risultati e confronti.
Verranno brevemente elencate le principali caratteristiche della metodologia LCA, proseguendo poi con dei cenni normativi generali (norme ISO 14040 e 14044).
Successivamente ci si soffermerà sulla descrizione del metodo PaLATE implementato tramite
Microsoft® Excel, presentando nel dettaglio ogni singolo foglio componente il modello.
Infine, lo studio compiuto su PaLATE verrà approfondito mediante un’applicazione su una sezione di pavimentazione oggetto di una specifica progettazione. La pavimentazione utilizzata per l’esempio pratico è stata presa dalla relazione tecnica specialistica relativa al dimensionamento delle infrastrutture da progettare nell’ambito dell’intervento denominato “Lavori di ammodernamento ed adeguamento al Tipo 1° delle Norme CNR 78/1980, dal km 153+400 al km 173+900, Macrolotto 3 – Parte 2^, dell’Autostrada A3 Salerno – Reggio Calabria” (progetto esecutivo).
Al termine di tale studio si avranno a disposizione i risultati economici ed ambientali prodotti dal modello. Fatto questo si è provato ad analizzare come varia il modello al variare di alcuni parametri, facendo successivamente un confronto dei risultati ottenuti. Infine, per concludere, si è realizzato un confronto tra una pavimentazione estremamente performante (autostradale) ed una pavimentazione tipica per una strada locale di tipo F1 in termini economici ed ambientali su un tratto di un chilometro, cercando di mettere in evidenzia le modalità di variazione dei parametri all’interno del modello.
1. GENERALITÀ METODOLOGIA LCA
1.1. Metodologia LCA
Negli ultimi anni è andato sempre più affermandosi il ruolo del “Life Cycle Assessment” come metodologia che permette di valutare i potenziali impatti dei prodotti industriali già in fase di concezione e progettazione, considerando tutte le fasi della loro vita, dall’estrazione delle materie prime fino allo smaltimento finale. Il Life Cycle Assessment (in italiano “Valutazione del ciclo di vita”, conosciuto anche con la sigla LCA) è un metodo che valuta un insieme di interazioni che un prodotto o un servizio ha con l’ambiente, considerando il suo intero ciclo di vita che include le fasi di pre-produzione (quindi anche estrazione e produzione dei materiali), produzione, distribuzione, uso (quindi anche riuso e manutenzione), riciclaggio e dismissione finale. Grazie all’impulso derivante dalle politiche europee su ambiente, energia, risorse e rifiuti, il LCA sta diventando sempre più uno strumento necessario per la definizione di politiche pubbliche e per la competitività delle imprese. A livello europeo il LCA rappresenta un elemento di qualificazione in tutti i campi dove è richiesta una valutazione della sostenibilità. E’ una metodologia che permette di valutare i vantaggi ecologici di un prodotto, attraverso la quantificazione degli impatti ambientali connessi ai processi produttivi e alle altre attività dell’azienda. Per quanto riguarda l’informazione fornita al consumatore, il LCA può essere di supporto per incrementare la veridicità del messaggio sulle caratteristiche ecologiche di un prodotto, che acquista credibilità in quanto viene affiancato da dati numerici sugli impatti.
La procedura LCA è standardizzata a livello internazionale dalle norme ISO 14040 e 14044. Il LCA (come definito nella norma ISO 14040) considera gli impatti ambientali del caso esaminato nei confronti della salute umana, della qualità dell’ecosistema e dell’impoverimento delle risorse, considerando inoltre gli impatti di carattere economico e sociale. Gli obiettivi di questa metodologia sono quelli di definire un quadro completo delle iterazioni con l’ambiente di un prodotto o di un servizio, contribuendo a comprendere le conseguenze ambientali direttamente o indirettamente causate e quindi dare a chi ha il potere decisionale (chi ha il compito di definire le normative) le informazioni necessarie per definire i comportamenti e gli effetti ambientali di una attività ed identificare le opportunità di miglioramento al fine di raggiungere le migliori soluzioni per intervenire sulle condizioni ambientali.
Una maggiore propensione da parte delle imprese verso pratiche più sostenibili nel condurre le proprie attività potrebbe consentire loro di identificare opportunità di riduzione dei costi e maggiore efficienza nell’impiego delle risorse. Al fine di apprezzare al pieno le conseguenze
dell’introduzione di opportune modifiche nel design del prodotto, nelle materie prime o nei processi, sarebbe opportuno che esse riconducessero entro le proprie attività emissioni ed attività di smaltimento ascrivibili anche ad altri attori nell’ambito del ciclo di vita del sistema considerato. Pertanto l’adozione di una prospettiva del ciclo di vita – la quale richiede che i principali attori sociali non limitino la propria responsabilità ai soli stadi della filiera da essi direttamente controllati – costituirebbe il presupposto per una solida valutazione di sostenibilità. L’approccio LCA è utilizzato per supportare i processi decisionali aziendali con una maggiore consapevolezza circa le potenziali conseguenze, in termini di costo e di impatto, sull’ambiente.
Nel seguito verrà applicato il metodo LCA per la valutazione del ciclo di vita di una pavimentazione stradale.
Figura 1 - Life Cycle Assessment
Si faranno di seguito dei cenni normativi sulla metodologia LCA, applicata in modo generale, non riferita specificamente alle opere stradali, poiché non è tuttora esistente una normativa specifica in ambito nazionale ed europeo.
1.2. Norme ISO 14040 e 14044
1.2.1. Introduzione
La maggiore consapevolezza dell’importanza della protezione dell’ambiente e i possibili impatti associati ai prodotti, fabbricati e consumati ha accresciuto l’interesse verso lo sviluppo di metodi atti a comprendere meglio e a ridurre tali impatti. Una di queste tecniche in corso di sviluppo è la valutazione del ciclo di vita (LCA – Life Cycle Assessment). Il LCA può dare supporto a:
l’identificazione delle opportunità di migliorare la prestazione ambientale dei prodotti nei diversi stadi del loro ciclo di vita;
l’informazione a coloro che prendono decisioni nell’industria e nelle organizzazioni governative o non governative (per esempio pianificazione strategica, scelta di priorità, progettazione o riprogettazione di prodotti o di processi);
la scelta di indicatori pertinenti di prestazione ambientale con le relative tecniche di misurazione.
Per i professionisti del LCA, la ISO 14044 descrive dettagliatamente i requisiti di esecuzione del LCA.
Il LCA tratta gli aspetti ambientali e i potenziali impatti ambientali (per esempio l’uso delle risorse e le conseguenze ambientali dei rilasci) lungo tutto il ciclo di vita del prodotto, dall’acquisizione delle materie prime attraverso la fabbricazione e l’utilizzo, fino al trattamento di fine vita, al riciclaggio e allo smaltimento finale (cioè dalla culla alla tomba).
Lo studio del LCA prevede quattro fasi:
a) la fase di definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione; b) la fase di analisi dell’inventario;
c) la fase di valutazione degli impatti; d) la fase di interpretazione dei risultati.
Il campo di applicazione, inclusi i limiti del sistema e il livello di dettaglio del LCA dipende dal soggetto e dall’utilizzo previsto dallo studio. La profondità e l’ampiezza del LCA possono differire in modo considerevole in funzione dell’obiettivo di un particolare LCA.
La fase di analisi dell’inventario del ciclo di vita (fase LCI – Life Cycle Inventory) è la seconda fase del LCA. Si tratta dell’inventario dei dati in ingresso ed in uscita relativi al sistema da studiare. Il LCI implica la raccolta dei dati necessari per raggiungere gli obiettivi dello studio definito.
La fase di valutazione dell’impatto del ciclo di vita (fase LCIA) è la terza fase del LCA. Lo scopo del LCIA è di fornire informazioni aggiuntive per contribuire a valutare i risultati LCI del sistema di prodotto in modo da giungere a una migliore comprensione del loro significato ambientale. L’interpretazione del ciclo di vita è la fase finale della procedura, nella quale i risultati di un LCI o di un LCIA, o di entrambe, vengono riepilogati e discussi, secondo la definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione, come base per conclusioni, raccomandazioni e decisioni.
1.2.2. Descrizione generale della valutazione del ciclo di vita (LCA)
1.2.2.1. Principi del LCA – Generalità
Questi principi sono fondamentali e dovrebbero essere utilizzati come guida per le decisioni relative alla pianificazione e alla conduzione del LCA.
1.2.2.2. Prospettiva del ciclo di vita
Il LCA considera l’intero ciclo di vita di un prodotto, dall’estrazione ed acquisizione delle materie prime, attraverso la fabbricazione e la produzione di materiali ed energia, fino al trattamento di fine vita e allo smaltimento finale. Attraverso tale panoramica e prospettiva sistematica, può essere identificato ed evitato il passaggio di un potenziale onere ambientale tra le fasi del ciclo di vita.
1.2.2.3. Attenzione focalizzata all’ambiente
Il LCA tratta gli aspetti ambientali e gli impatti di un sistema di prodotto. Gli aspetti e gli impatti economici e sociali sono in genere fuori dal campo di applicazione del LCA. Altri strumenti possono essere combinati al LCA per valutazioni più estese.
1.2.2.4. Approccio relativo e unità funzionale
Il LCA è un approccio relativo, strutturato attorno ad un’unità funzionale. L’unità funzionale definisce quanto è studiato. Tutte le analisi successive sono allora relative all’unità funzionale, come tutti gli elementi in ingresso e in uscita del LCI e di conseguenza il profilo LCIA è correlato all’unità funzionale.
1.2.2.5. Approccio iterativo
Il LCA è una tecnica iterativa. Le singole fasi del LCA utilizzano i risultati di tutte le altre fasi. L’approccio iterativo all’interno e tra le fasi contribuisce alla completezza e alla coerenza dello studio e dei risultati riportati.
1.2.2.6. Trasparenza
A causa dell’intrinseca complessità del LCA, la trasparenza costituisce un importante principio guida per l’esecuzione delle metodologie LCA, al fine di garantire una corretta interpretazione dei risultati.
1.2.2.7. Completezza
Il LCA considera tutti gli attributi o aspetti dell’ambiente naturale, della salute umana e delle risorse. Considerando tutti gli attributi e gli aspetti propri di uno studio in una prospettiva attraverso più mezzi, è possibile identificare e valutare i potenziali compromessi.
1.2.2.8. Priorità dell’approccio scientifico
Le decisioni nel LCA si basano preferibilmente sulle scienze naturali. Qualora ciò non sia possibile, si possono utilizzare altri approcci scientifici (per esempio delle scienze sociali ed economiche) oppure si può fare riferimento a convenzioni internazionali. Se non esiste una base scientifica né è possibile una giustificazione basata su altri approcci scientifici o convenzioni internazionali, le decisioni possono basarsi su scelte di valore.
1.2.3. Fasi del LCA
Gli studi di LCA comprendono quattro fasi. La relazione tra le fasi è illustrata nella figura 2. Esse sono:
- la definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione; - l’analisi dell’inventario;
- la valutazione dell’impatto; - l’interpretazione dei risultati. Gli studi LCI comprendono tre fasi:
- la definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione; - l’analisi dell’inventario;
- l’interpretazione dei risultati.
I risultati del LCA possono costituire un’informazione utile per numerosi processi decisionali. Le applicazioni dirette dei risultati degli studi di LCA o LCI, ovvero le applicazioni previste nella definizione dell’obiettivo e del campo di applicazione dello studio di LCA o LCI sono illustrate nella figura sottostante.
Figura 2 - Fasi del LCA
Un esempio di un sistema LCA potrebbe essere: Flussi elementari in ingresso nel processo unitario:
- petrolio greggio dal suolo - radiazione solare
- materiali vergini
Flussi elementari in uscita dal processo unitario: - emissioni in aria
- scarichi nell'acqua o nel suolo - consumi di energia
Flussi di prodotti intermedi:
- materiali base e sotto-assiemi.
Flussi di prodotti in ingresso o in uscita dal sistema: - materiali riciclati
- componenti destinati al riutilizzo
Figura 3 - Caratteristiche LCA
La normativa descritta ha una validità generale, non è riferita in modo specifico al caso di una pavimentazione stradale. La normativa relativa alla metodologia LCA applicata ad opere stradali non si trova ancora in ambito nazionale ed europeo. Infatti i metodi LCA specifici per la valutazione del ciclo di vita di una pavimentazione stradale sono di origine americana, dove l’evoluzione delle tecniche progettuali delle opere stradali e lo studio dei sistemi di trasporto sono in continua evoluzione. Il LCA applicato alla realizzazione di una pavimentazione stradale viene descritto ed implementato attraverso la procedura PaLATE di seguito esposta.
2. METODO PaLATE
2.1. Descrizione Generale
Il procedimento descritto ed utilizzato, che permetterà di implementare la direttiva più generale del LCA, viene denominato PaLATE. Il metodo PaLATE (Pavement Life-Cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects ovvero Strumento di Valutazione degli Effetti Ambientali ed Economici del Ciclo di Vita di una Pavimentazione Stradale) è uno dei quattro modelli disponibili per la valutazione del LCA di una pavimentazione stradale. Il LCA è una metodologia, il cui sviluppo è cominciato nel 1970, impiegata per sostenere un processo decisionale tollerabile in termini ambientali. Pertanto questo strumento ha una grande potenzialità nel supportare un processo decisionale sostenibile soprattutto se il pubblico è diversificato come quando ci si riferisce alla costruzione di una pavimentazione stradale.
L’interfaccia di questo modello non è complicata in quanto dal semplice inserimento delle caratteristiche della pavimentazione stradale e della composizione della stessa si possono facilmente valutare una serie di parametri ambientali ed economici (output). Il tutto avviene grazie all’utilizzo di banche dati presenti di default nel modello derivanti da molte discipline quali lo studio dell’ambiente, le attrezzature, la scienza dei materiali, l’economia e dati riguardanti la salute umana.
Investire in materiali e processi che abbracciano le pratiche di costruzione sostenibili è importante per entrambe le generazioni attuali e future dato il ruolo che gioca la realizzazione delle pavimentazioni stradali nella produzione e consumo di materiali sulle economie globali e sulla nostra continua dipendenza dalle infrastrutture stradali. Strumenti di LCA in generale facilitano il raggiungimento di obiettivi di sviluppo sostenibili. Per il raggiungimento del successo
nell’assimilazione dei modelli LCA nella costruzione di pavimentazioni stradali la trasparenza dello stesso deve essere un requisito fondamentale.
Pavement Life-Cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects (PaLATE) esegue l’analisi ambientale secondo la metodologia LCA (stima del ciclo di vita) e l’analisi economica in base alla metodica di valutazione del costo del ciclo di vita (LCCA = Life Cycle Cost Analysis) per i progetti di costruzione di pavimentazioni stradali dove si ha la possibilità di scegliere un numero di materiali e processi primari e secondari.
L’analisi, che viene eseguita a livello di progetto su una sezione della pavimentazione stradale, viene fatta per la costruzione iniziale e per la manutenzione dell’opera durante le fasi del ciclo di vita sui vari strati della composizione della struttura della pavimentazione stessa.
Nella terminologia LCA gli strumenti utilizzati sono integrati, ibridi, dinamici e il metodo LCA è stato creato come integrazione di prospettive di analisi economiche ed ambientali e l’impiego ibrido di tali metodologie analitiche per eseguire i calcoli necessari viene implementato tramite
Microsoft® Excel. Risultati ambientali che si possono ottenere sono ad esempio la qualità dell’aria tramite la valutazione delle emissioni nocive, la contaminazione del suolo stimando la potenziale lisciviazione dei materiali utilizzati, la salute umana determinando per esempio l’impatto che hanno i fumi di asfalto sull’uomo. Per quanto riguarda invece i risultati economici si ricavano i costi netti attuali e annualizzati prodotti dalle fasi di costruzione iniziale della pavimentazione stradale, dalla sua manutenzione durante gli anni e dalla sua finale dismissione all’anno n; questi costi vengono analizzati per due diversi tassi di sconto/interesse.
Il metodo PaLATE è stato sviluppato all’Università della California al Berkeley Consortium on Green Design and Manufacturing (CGDM). PaLATE è il risultato di un progetto formato da cinque fasi: ogni fase si focalizza sullo sviluppo di una precisa componente del modello.
1) Sviluppo di un modello economico dei costi per i materiali di uso tradizionale nelle pavimentazioni stradali;
2) Sviluppo di un modello economico dei costi per i materiali di riciclo che si utilizzano nelle pavimentazioni stradali;
3) Sviluppo di un modello che valuti gli effetti ambientali prodotti da materiali di uso tradizionale nelle pavimentazioni stradali;
4) Sviluppo di un modello che valuti gli effetti ambientali prodotti da materiali di riciclo che si utilizzano nelle pavimentazioni stradali;
5) Sviluppo di uno strumento di supporto alle decisioni.
La procedura PaLATE è stata implementata con Microsoft® Excel utilizzando nove fogli elettronici di lavoro connessi tra loro. I fogli utilizzati sono denominati:
- Introduzione - Design - Costruzione Iniziale - Manutenzione - Attrezzatura - Costi - Risultati Costi - Risultati Ambientali - Riferimenti
Questi sono i documenti elettronici di lavoro principali nella nostra implementazione LCA. Tuttavia esiste un’altra serie di fogli elettronici di lavoro secondari preimpostati che fungono da connessione tra i dati di input, che andranno inseriti nei primi sei documenti elettronici, ed i dati di output che si otterranno dai fogli elettronici di lavoro rimanenti. Questi fogli secondari vengono denominati: Densità, Dettagli Attrezzatura, Emissioni di Trasporto, Vapori, Percolato, Dati Costi, Conversioni e Diagrammi. Questa serie di fogli elettronici di lavoro viene solamente tradotta e convertita nel sistema internazionale di unità di misura (in quanto essendo il metodo utilizzato ed implementato in America le rispettive unità di misura erano espresse in piedi, libbre, miglia ecc..); non vengono rimaneggiati i dati al loro interno. Si è fatta un’unica eccezione per il foglio elettronico di lavoro denominato “Dati Costi”, il quale è stato convertito ed aggiornato con prezzari attualmente in uso nella progettazione stradale italiana; in particolare si è fatto riferimento al Prezzario della Regione Veneto del 2012. Questo particolare foglio elettronico di lavoro verrà spiegato in modo più dettagliato successivamente.
Figura 4 - Fasi del ciclo di vita della pavimentazione
I fogli elettronici di lavoro vengono gestiti nel seguente modo: Input: - Design - Costruzione Iniziale - Manutenzione - Attrezzatura - Costi Output: - Risultati Costi - Risultati Ambientali Dati
Figura 5 - Input e Output del modello
Si procede ora con la descrizione nel dettaglio dei singoli documenti elettronici di lavoro principali che compongono il modello. Nella seguente trattazione non verranno descritti i fogli di calcolo intermedi in quanto contengono una serie di dati, informazioni e sottomodelli già preesistenti e rappresentano solamente una grande banca dati creata appositamente per collegare i fogli principali di calcolo del modello con i risultati economici ed ambientali ottenuti. Dal foglio “Riferimenti” è possibile risalire alla provenienza di questi dati (misurazioni, libri, manuali ecc..).
2.2. Fogli elettronici di calcolo
2.2.1. Design
Il primo foglio elettronico di calcolo presente nel modello è denominato “Design”. In questo foglio si ha la possibilità di inserire i dati di input della pavimentazione stradale, ovvero il numero di strati di cui è composta la pavimentazione, lo spessore di ogni singolo strato, la lunghezza e la larghezza della sezione della pavimentazione considerata. Il tutto deve essere rigorosamente espresso in metri. E’ possibile inserire i valori per tre strati di usura e per un massimo di quattro strati di sottofondo a seconda della composizione della pavimentazione scelta si faranno le opportune valutazioni.
Qualora la pavimentazione prescelta presenti banchine e scarpate e si voglia fare un’analisi più dettagliata è possibile inserire il volume totale di materiale utilizzato per la loro costruzione espresso opportunamente in metri cubi.
Il foglio di calcolo utilizzerà gli input assegnati e calcolerà i metri cubi di materiale di cui si necessita per la costruzione della pavimentazione e gli output che si avranno a disposizione saranno relativi al volume di ogni singolo strato. Questo viene fatto attraverso l’applicazione di una semplicissima formula:
Lunghezza(m) x Larghezza(m) x Spessore(m) = Volume(m3)
La somma dei metri cubi di ogni singolo strato darà come risultato il volume totale di materiale di cui si ha occorrenza per la realizzazione della pavimentazione. A questo tuttavia va aggiunto, qualora si decida di tenerne in considerazione, il volume del materiale utilizzato per la costruzione delle banchine e delle scarpate.
E’ inoltre di fondamentale importanza inserire il periodo di analisi. Come periodo di analisi si deve considerare il periodo che va dalla costruzione iniziale considerato come anno zero fino al periodo in cui la pavimentazione stradale verrà dismessa (anno n). Nel modello il periodo di analisi si estende da 0 fino ad un massimo di 40 anni. Questo periodo ovviamente comprende le fasi di manutenzione predisposte nei singoli anni.
Il foglio elettronico di calcolo ha la seguente struttura:
Figura 6 - Struttura foglio Design
In questo foglio di calcolo vi sono inoltre due tabelle che illustrano le varie densità in tonnellate/m3 dei vari materiali e processi utilizzati nel metodo. Queste densità vengono utilizzate nei successivi fogli per arrivare a dei risultati ambientali.
Nella figura seguente viene mostrato uno schema della possibile pavimentazione stradale suddivisa per strati.
Figura 7 - Schema pavimentazione stradale
2.2.2. Costruzione Iniziale
Il secondo foglio di calcolo presente nel modello è denominato “Costruzione Iniziale”. In questo foglio vengono elencati attraverso una tabella i possibili materiali che possono essere impiegati nella realizzazione della pavimentazione stradale. I materiali disponibili per gli strati di usura della pavimentazione sono i seguenti: aggregati vergini, bitume, cemento, additivi per calcestruzzo, RAP (fresato), RCM, ceneri leggere di carbone, scarti di ceneri leggere di carbone, scorie d’altoforno,
sabbia di fonderia, pneumatici riciclati, fibre di vetro e acqua. Questo modello non verifica le caratteristiche di portanza della pavimentazione, quindi quando si andranno ad inserire i dati nei fogli di calcolo si dovrà essere sicuri che la pavimentazione sia già stata progettata e verificata secondo normativa vigente. Essendo già stata progettata si è quindi a conoscenza del tipo di pavimentazione che si andrà ad introdurre nel modello. Se la pavimentazione è di tipo flessibile o semirigida si dovrà compilare la prima colonna relativa alle pavimentazioni bituminose con la rispettiva composizione di materiali, mentre se la pavimentazione è rigida si dovrà compilare la seconda colonna relativa alle pavimentazione in calcestruzzo. Ovviamente si deve già essere in possesso della miscela che compone la pavimentazione che deve già essere stata testata opportunamente in laboratorio secondo la normativa vigente e solo successivamente potrà essere inserita in tabella. Nella tabella viene inoltre conteggiata la quantità di materiale che verrà inviata in discarica. La somma del volume di ogni singolo materiale che va a comporre il singolo strato, espressa in m3, dovrà ovviamente corrispondere al volume totale corrispondente ad ogni strato calcolato nel foglio “Design”. Nella tabella sono presenti altre due colonne che riguardano il trasporto dei materiali. Nella prima colonna viene indicata la distanza di trasporto unidirezionale calcolata in chilometri, ovvero si deve introdurre la distanza misurata dall’impianto di produzione dei materiali o dalla cava per materiali non lavorati, al sito di realizzazione della pavimentazione. Tale distanza servirà al modello per la valutazione dei risultati di costo, delle emissioni, dei risultati ambientali, poiché a seconda della distanza varieranno i costi e la quantità di emissioni di gas nocivi relativi al trasporto. Nella seconda colonna invece vi è la possibilità di decidere la modalità di trasporto. E’ possibile scegliere tra i seguenti sistemi di trasporto: autocarro con cassone ribaltante, camion cisterna, autobetoniera, ferrovia e chiatta. La differente scelta della modalità di trasporto produrrà differenti variazioni sui risultati di costo, sulle emissioni e sulle variazioni dei risultati ambientali. Ovviamente la scelta dipende anche dal tipo di materiale trasportato.
Per quanto riguarda invece gli strati di sottofondo si hanno a disposizione i seguenti materiali: RAP, RCM, cemento, ceneri leggere di carbone, scarti di ceneri leggere di carbone, scorie d’altoforno, sabbia di fonderia, pneumatici riciclati, fibre di vetro, roccia, ghiaia, sabbia e terreno.
Figura 9 - Tabella materiali costruzione iniziale sottofondo
Anche per il sottofondo valgono le stesse considerazioni elencate per gli strati di usura per quanto riguarda l’immissione della miscela, della distanza di trasporto e della modalità di trasporto.
I materiali utilizzati, le distanze e i sistemi di trasporto vanno opportunamente inseriti per ogni strato della pavimentazione scelta (strati di usura + strati di sottofondo).
Se si è deciso nel foglio “Design” di tener conto delle scarpate si dovrà procedere alla compilazione anche della parte della tabella riguardante i materiali e le distanze utilizzate per la loro costruzione.
2.2.3. Manutenzione
Figura 10 - Tabella manutenzione strato di usura
I processi di manutenzione che il modello valuta sono i seguenti:
- HIPR (Hot In-Place Recycling): per riciclaggio a caldo si intendono tutte quelle tecniche
che permettono il riutilizzo del conglomerato bituminoso in cui l’aggregato lapideo di primo impiego, aggiunto all’atto del confezionamento, è preventivamente riscaldato e portato ad un’idonea temperatura, ossia oltre i 150 ̊C. La miscela è costituita da: aggregati lapidei di primo impiego, fresato aggiunto in proporzioni variabili, bitume tradizionale o modificato, eventuali attivanti chimici funzionali. In sito appositi treni di macchine permettono di riciclare la pavimentazione stradale.
Figura 11 - Riciclaggio a caldo
- CIR (Cold In-Place Recycling): il riciclaggio a freddo è invece realizzato mediante
bitume, o bitume schiumato e cemento), aggiunta d’acqua, aggregati lapidei di primo impiego. In sito appositi treni di macchine permettono di riciclare la pavimentazione stradale.
- Rappezzatura: tecnica utilizzata per interventi temporanei o semi-permanenti. Si
utilizzano sia conglomerati bituminosi a caldo che a freddo. Ha la funzione di riparare dissesti localizzati, impermeabilizzare la superficie stradale, migliorare la sicurezza, ripristinare la regolarità del piano viabile, ridurre la velocità di degrado. I passi che si devono compiere nel processo di rappezzatura sono i seguenti: delimitazione della zone da risanare, esecuzione dei tagli al contorno, rimozione del materiale ammalorato, applicazione di una mano di attacco, riempimento con il nuovo materiale e compattazione. - Microtappeti: sono miscele a consistenza fluida, autolivellanti realizzate mediante
apposite macchine confezionatrici-stenditrici a temperatura ambiente in strati molto sottili. I microtappeti hanno lo scopo di irruvidire la pavimentazione e nel contempo impermeabilizzare la sovrastruttura stradale; si ottengono impastando miscele basaltiche di opportuna granulometria, emulsioni modificate di bitume e lattice, acqua di processo, cemento con la funzione di catalizzatore ed eventualmente fibre.
Figura 12 - Microtappeti
- Sigillatura Cricche: per attuare questo trattamento vengono impiegati materiali
termoplastici e nastri performanti a freddo. Il trattamento di sigillatura cricche ha lo scopo di: impedire infiltrazioni attraverso le fessure di detriti e di acqua negli strati non legati della pavimentazione, prevenire fenomeni di stripping e di degrado per frantumazione, delaminazione, prevenire la perdita di rigidezza degli strati non legati della pavimentazione. Ha un rapporto costi/benefici molto vantaggioso.
Figura 13 - Sigillatura cricche
- Whitetopping: è un metodo che prevede il rivestimento di una pavimentazione esistente di
asfalto con uno strato di cemento Portland. Il metodo è diverso a seconda dello spessore dello strato di calcestruzzo e a seconda che lo strato sia incollato al substrato di asfalto.
Figura 14 - Whitetopping
- Rubblization: è una tecnica che consiste nella riduzione del calcestruzzo esistente in
macerie nella sua posizione attuale anziché trasportarlo in appositi impianti. Questo processo ha funzione principale nelle creazione di base per nuove strade. Attrezzature specializzate demoliscono la vecchia pavimentazione riducendola in piccoli pezzi di macerie che saranno poi direttamente utilizzati per la nuova base della strada. Facendo ciò risparmio sul trasporto, lo smaltimento e l’acquisizione di nuovi materiali.
- Full Depth Reclamation: è una tecnica di riabilitazione della pavimentazione in cui
l’intera sezione della pavimentazione flessibile ed una porzione predeterminata di materiali sottostanti vengono polverizzati e miscelati per produrre uno strato di base omogeneo stabilizzato.
Queste tecniche di manutenzione sono applicate solamente ai primi tre strati della pavimentazioni, ovvero agli strati bituminosi.
Per gli strati di sottofondo invece il modello non terrà in considerazione alcun processo particolare di manutenzione, quindi la tabella che si dovrà compilare sarà la medesima della costruzione
iniziale con l’unica differenza che si dovranno inserire i dati dei materiali solamente nel caso in cui si decida di effettuare una ricostruzione del sottofondo.
I materiali utilizzati, le distanze e le modalità di trasporto vanno opportunamente introdotti per ogni strato della mia pavimentazione (strati di usura + strati di sottofondo).
Figura 15 - Tabella manutenzione sottofondo
Se inoltre si decide di utilizzare tecniche di manutenzione anche per le scarpate si dovrà procedere alla compilazione anche della parte della tabella riguardante i materiali e le distanze per la manutenzione delle stesse.
2.2.4. Attrezzatura
Figura 16 - Tabella attrezzatura
2.2.5. Costi
Il quinto foglio di calcolo presente nel modello è denominato “Costi”. In questo foglio sono contenute quattro tabelle, all’interno delle quali si dovranno inserire i volumi dei materiali e i rispettivi costi valutando sia i costi della costruzione iniziale che della manutenzione programmata nei vari anni.
Prima cosa fondamentale da inserire sarà il periodo di analisi, ovvero la vita utile della pavimentazione. E’ una valutazione del numero di anni che va dall’anno zero, dove si effettuerà la costruzione iniziale, all’anno n in cui la pavimentazione verrà dismessa. Successivamente si dovrà introdurre un tasso di sconto. Questo valore servirà al modello per riportare tutti i costi sostenuti negli anni ad un valore omogeneo (all’anno zero), ricavando così il valore attuale netto della pavimentazione.
Da questo tasso di sconto viene infine calcolato di default il fattore di recupero del capitale di una serie di pagamenti uguali (UCRF) attraverso la seguente formula:
dove:
- r = Tasso di sconto;
- n = Vita utile della pavimentazione.
Questo è un fattore che si applica nel caso in cui si versi una somma e per n anni si ricevano della rate tutte uguali che estinguono il prestito: serve al modello per calcolare il costo annuale della costruzione iniziale e della manutenzione. Sommando entrambi i costi si ricaverà il costo annuale totale della pavimentazione. Il tutto viene fatto per due differenti tassi di sconto (scenario base e scenario alternativo), quindi si dovranno compilare solamente due tabelle su quattro poiché le tabelle con il tasso di sconto differente riporteranno automaticamente i dati dalle due tabelle compilate precedentemente, applicando tuttavia ai risultati un diverso tasso di sconto.
.
Figura 17 - Tabella periodo di analisi e tasso di sconto
Il massimo periodo di analisi previsto per la pavimentazione è 40 anni.
Si procede ora con la descrizione della prima tabella che si trova sul foglio di calcolo (tabella verde). All’interno di questa tabella si dovranno inserire i costi già complessivi delle spese per i materiali, la manodopera, l’attrezzatura, le spese generali e l’utile d’impresa. I costi verranno introdotti nella casella del rispettivo anno in cui si dovranno sostenere, quindi all’anno zero e all’anno n si avranno i costi riferiti alla costruzione iniziale ed alla dismissione della pavimentazione. Negli anni intermedi si avranno i costi relativi al programma di manutenzione che si è prestabilito.
I costi sono stati suddivisi nelle seguenti colonne all’interno della tabella: costo della pavimentazione bituminosa installata (costo dei primi tre strati di usura di una pavimentazione flessibile), costo della pavimentazione di calcestruzzo installata (nel caso in cui si scelga di fare una pavimentazione rigida di calcestruzzo), costo del sottofondo e delle banchine. Questi sono i tre costi principali che si dovranno sostenere durante la costruzione iniziale.
Nelle colonne successive invece verranno valutati i costi della manutenzione, ovviamente anche qui complessivi di spese per materiali, attrezzature, manodopera, spese generali e utile d’impresa. Si dovrà fare molta attenzione all’anno in cui i costi verranno sostenuti. Il modello dispone quindi di costi HIPR, CIR, costo per la rappezzatura, costo dei microtappeti, costo sigillatura cricche,
costo per il whitetopping, costo per rubblization, costo per il full depth reclamation. Vengono inoltre conteggiati i costi per i materiali che dal sito della pavimentazione vengono inviati a discarica (costi di trasporto + costi di discarica).
Il modello contiene di default nel foglio “Dati Costi” i costi delle rispettive lavorazioni. Una volta inserito il volume in metri cubi ed i costi unitari in €/m3 per il calcolo del costo effettivo il modello svolgerà la seguente operazione:
Volume (m3) x Costo Unitario (€/m3) = Costo Effettivo (€)
Figura 18 - Tabella costi installazione pavimentazione
Il risultato che si otterrà è il valore attuale netto per la costruzione iniziale, poiché è già riferito all’anno zero, mentre per la manutenzione è il costo effettivo che si dovrà sostenere in quel determinato anno. Per trovare un valore omogeneo, ovvero il valore attuale netto totale dell’opera, il modello sommerà i vari costi effettivi sostenuti negli anni durante le fasi di manutenzione e dismissione, dopo averli opportunamente riportati all’anno zero tramite la seguente formula:
𝑃0 = �(1 + 𝑟)𝑃𝑛 𝑛 40
𝑛=0
Il tutto si sommerà infine al costo della costruzione iniziale.
Ovviamente dovendo inserire solamente un valore di costo per i tre strati di usura, poiché vi è un’unica casella a disposizione, il valore immesso sarà una media pesata dei tre costi dei singoli strati. Lo stesso ragionamento vale per gli strati di sottofondo.
Pn = Costo effettivo anno manutenzione
r = Tasso di sconto
Figura 19 - Costi processi manutenzione
Infine il modello calcola il costo annuale della costruzione iniziale e quello della manutenzione tramite il fattore UCRF eseguendo la seguente formula:
𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝑨𝒏𝒏𝒖𝒂𝒍𝒆 = 𝑷 𝒙 (𝟏 + 𝒓)𝒓 𝒙 (𝟏 + 𝒓)𝒏− 𝟏𝒏 dove:
- P = Valore attuale netto costruzione iniziale/manutenzione/totale - r = Tasso di sconto;
- n = Vita utile pavimentazione
Figura 20 - Tabellina riassuntiva costi
nel foglio di calcolo “Dati Costi”. Qualora si volesse modificare un determinato costo o aggiornarlo basterà andare sul foglio di calcolo “Dati Costi” inserirlo o modificarlo e automaticamente lo ritroverò aggiornato in tabella. I materiali che si hanno a disposizione in questa tabella saranno ovviamente i medesimi della costruzione iniziale e della manutenzione. Si avranno quindi aggregato vergine, bitume, cemento, additivi per calcestruzzo, emulsioni di asfalto, RAP (materiale di riciclo della pavimentazione stradale), ceneri leggere di carbone, scarti di ceneri leggere di carbone, scorie d’altoforno, pneumatici riciclati, fibre di vetro, acqua, barre d’acciaio di rinforzo, roccia, ghiaia, sabbia e terreno. Viene inoltre valutato il costo dei materiali utilizzati durante le fasi di manutenzione per i processi HIPR e CIR ed i costi di invio e smaltimento del materiale alla discarica.
Una volta inserito il volume in metri cubi ed i costi unitari in €/m3 il modello attuerà la seguente operazione:
Volume (m3) x Costo Unitario (€/m3) = Costo Effettivo (€)
Anche qui come nella tabella precedente bisognerà fare molta attenzione all’inserimento corretto dei volumi e dei costi nelle caselle relative agli anni in cui si è programmata la manutenzione.
Figura 21 - Tabella costi singoli materiali
della pavimentazione verranno riportati dal modello all’anno zero, sommati tra di loro ed infine sommati al costo della costruzione iniziale ottenendo quindi un valore omogeneo, ovvero il valore attuale netto dell’opera, che dovrà risultare il medesimo ottenuto nella tabella precedente. Queste operazioni di attualizzazione dei capitali sono rese possibili dal fattore denominato tasso di sconto descritto precedentemente. Queste operazioni sono intrinseche al modello ed all’utilizzatore non è possibile avere una visione chiara dei singoli passaggi, ma solamente ottenere il risultato finale visibile nelle tabelline riassuntive (figura 20).
Il valore attuale netto della pavimentazione moltiplicato poi per il fattore UCRF darà come risultato, come spiegato nella tabella precedente, il costo annuale della pavimentazione.
Le altre due tabelle presenti nel foglio elettronico di lavoro differiscono solamente per l’utilizzo di un diverso tasso di sconto. Ovviamente gli unici costi che rimarranno uguali saranno quelli della costruzione iniziale, poiché all’anno zero non verrà applicato nessun tasso di sconto. I costi inseriti negli anni successivi saranno i medesimi, ma cambieranno nel momento in cui il modello attuerà l’operazione di riportarli all’anno zero, facendo così variare il valore attuale netto dell’opera. I costi su base annua invece saranno differenti sia per il variare del valore attuale netto dell’opera sia per il differente indice UCRF utilizzato in quanto derivato sempre da un diverso tasso di sconto.
Figura 22 - Parte finale tabella valutazione lavoro, attrezzatura, spese generali e guadagno
2.2.6. Risultati Costi
pavimentazione stradale suddiviso per fasi (costruzione iniziale e manutenzione). Il grafico viene valutato per entrambi gli scenari (tassi di sconto diversi). Questi valori possono essere confrontati tra i due scenari in modo da studiare la variazione dei costi, applicando solamente un diverso tasso di sconto.
Figura 23 - Grafico costi suddiviso per fasi
Nel secondo grafico si osserva il costo su base annua che si dovrà sostenere di anno in anno per la realizzazione della pavimentazione. Il costo viene riferito sia per la costruzione iniziale che per la manutenzione all’anno zero. Anche in questo caso i risultati vengono mostrati per uno scenario base ed uno scenario alternativo. Sarà quindi possibile fare un confronto tra i costi su base annua sostenuti per la costruzione iniziale e la manutenzione per due diversi tassi di sconto.
Figura 24 - Grafico costo su base annua
Questi due grafici riassumono i risultati ottenuti nelle tabelle verdi del foglio elettronico “Costi”. Il terzo grafico analizza invece il valore attuale netto della pavimentazione stradale suddiviso per singoli materiali e processi (aggregato vergine, bitume, cemento ecc..). Come nei casi precedenti i costi vengono mostrati per due scenari differenti. Tramite questo grafico è quindi possibile analizzare l’incidenza dei costi di ogni singolo materiale e processo sulla pavimentazione finale.
Figura 25 - Grafico costi per singoli materiali e processi
Nel quarto ed ultimo grafico viene esaminato il costo su base annua che si deve sostenere per l’acquisto e l’utilizzo di ogni singolo materiale della pavimentazione. Vengono inoltre mostrati i costi sostenuti per ogni singolo processo che si è deciso di utilizzare nella fase di manutenzione. Anche qui il tutto viene analizzato per due scenari differenti. Tramite questo grafico è quindi possibile confrontare come incideranno i costi di ogni singolo materiale e processo su base annua sul costo totale annuo a cui si dovrà far fronte per la realizzazione della pavimentazione.
Figura 26 - Grafico costi per singoli materiali e processi su base annua
Questi due grafici riassumono i risultati ottenuti nelle tabelle arancioni del foglio elettronico “Costi”.
2.2.7. Risultati Ambientali
Il settimo foglio di calcolo presente nel modello è denominato “Risultati Ambientali”. In questa sezione vengono presentati i risultati ambientali ottenuti dalla costruzione e manutenzione della pavimentazione sotto forma di energia consumata, consumo di acqua, emissioni di anidride carbonica (CO2), ossidi di azoto e le loro miscele (NOx), materia particolata (PM10), anidride
solforosa (SO2), monossido di carbonio (CO), mercurio (Hg), piombo (Pb), produzione di rifiuti
pericolosi dalla pavimentazione e potenziale tossicità per l’uomo.
Si darà ora una definizione generale di ogni tipo di emissione rilasciata nell’atmosfera dalle fasi di costruzione, manutenzione e dismissione della pavimentazione.
Anidride Carbonica (CO2): è un ossido acido formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. E’ ritenuto uno dei principali gas serra presenti nell’atmosfera terrestre. E’ il risultato della combustione di un composto organico in presenza di una quantità di ossigeno sufficiente a completarne l’ossidazione (industrie e automobili); Ossidi di Azoto (NOx): questa sigla comprende diversi ossidi tra cui monossido di azoto
(NO), il diossido di azoto (NO2), l’ossido di diazoto (N2O), il triossido di azoto (N2O3) e
per finire il pentossido di azoto (N2O5). La sigla NOx identifica in modo generico gli ossidi
di azoto che si producono come sottoprodotti durante una combustione che avviene utilizzando aria (dal camino a legna, al motore delle automobili, alle centrali termoelettriche);
Materia Particolata (PM10): la sigla PM10 identifica una delle numerose frazioni in cui
viene classificato il particolato, quel materiale presente in atmosfera in forma di particelle microscopiche, il cui diametro aerodinamico è uguale o inferiore a 10 µm, ovvero dieci millesimi di millimetro. E’ costituita da polvere, fumo, micro gocce di sostanze liquide denominate in gergo tecnico aerosol. Le principali fonti di PM10 sono legate all’attività
dell’uomo: processi di combustione (tra cui quelli che avvengono nei motori a scoppio, negli impianti di riscaldamento, in molte attività industriali), usura di pneumatici, freni ed asfalto;
Anidride Solforosa (SO2): è costituita da molecole a V il cui vertice è occupato dall’atomo di zolfo. E’ uno dei principali inquinanti atmosferici a base di zolfo. La principale fonte di inquinamento è dovuto alla combustione di combustibili fossili (carbone e derivati dal petrolio) in cui lo zolfo è presente come impurezza;
Monossido di Carbonio (CO): è un gas velenoso particolarmente insidioso in quanto inodore, incolore ed insapore; formato da un atomo di ossigeno ed uno di carbonio. Il monossido di carbonio è un prodotto di combustione incompleta dei combustibili organici (carbone, olio, legno, carburanti);
Mercurio (Hg): si tratta di un metallo di transizione pesante, avente colore argenteo. E’ un tipico materiale di scarto industriale in grado di contaminare l’ambiente;
Piombo (Pb): è un metallo tenero, denso, duttile e malleabile. Il piombo è presente naturalmente nell’ambiente, tuttavia la maggior parte del piombo che si trova in natura è prodotto da attività umane. In seguito all’aggiunta del piombo nella benzina è stato
generato un ciclo artificiale del piombo. Nei motori delle automobili viene bruciato piombo che si combina con altri elementi formando cloruri, bromuri e ossidi.
Rifiuti pericolosi generati dalla pavimentazione: sono rifiuti prodotti dalla pavimentazione per i quali sono necessari determinati trattamenti.
Tossicità potenziale per l’uomo: l’emissione di alcune sostanze come i metalli pesanti possono avere ripercussioni sulla salute umana. Le valutazioni di tossicità si basano sulle concentrazioni tollerabili in aria, acqua, su delle linee guida sulla qualità dell’aria, sull’assunzione giornaliera tollerabile e sulla dose giornaliera accettabile per la salute umana. La tossicità potenziale per l’uomo (HTP) è un indice che riflette il danno potenziale di una unità di sostanza chimica rilasciata nell’ambiante che si basa sia sulla tossicità intrinseca di un composto sia sulla sua dose potenziale. Questo indice viene calcolato tramite un sottomodello che il modello applica di default.
Tutti questi prodotti di scarto vengono valutati dal modello sia per la costruzione iniziale sia per la manutenzione effettuata negli anni. Inoltre queste emissioni vengono suddivise per: produzione materiali, trasporto materiali e processi utilizzati. Questi risultati sono la somma delle emissioni prodotte per la costruzione iniziale e la manutenzione di ogni singolo strato della pavimentazione; i quali sono a loro volta somma delle emissioni causate dalla produzione, dal trasporto, dai processi e dalla stesa in opera di ogni singolo materiale che si adopera per la realizzazione della pavimentazione.
Tutti questi risultati vengono riassunti ed opportunamente suddivisi nella seguente tabella (somma emissioni intero ciclo di vita della pavimentazione):
Figura 27 - Tabella riassuntiva risultati ambientali
Successivamente questi risultati verranno analizzati tramite dei grafici, uno per ogni emissione, i quali mostreranno i valori ottenuti suddivisi per: costruzione iniziale (produzione materiali, trasporto materiali, processi), manutenzione (produzione materiali, trasporto materiali, processi), totali (produzione materiali, trasporto materiali, processi). Questo rende possibile una valutazione più accurata delle emissioni nelle suddette fasi del ciclo di vita.
Figura 28 - Esempio grafico emissioni
Grazie a questi risultati è possibile avere un’idea sul reale impatto che l’opera ha sull’ambiente e quindi indirettamente sulla vita dell’uomo. Qualora questi risultati si ritenessero troppo elevati e quindi troppo nocivi per l’ambiente si dovrà procedere alla rivalutazione dei processi di lavorazione dei materiali, del tipo di materiale utilizzato, delle modalità di trasporto, dei processi di manutenzione e delle attrezzature utilizzate.
Si mostrerà ora un’applicazione pratica del metodo appena descritto, applicandolo ad una pavimentazione realmente esistente.
3. APPLICAZIONE PRATICA DEL METODO
PaLATE
Si è deciso ora di applicare questo metodo ad una pavimentazione applicata ad un progetto reale in modo da valutare sia i costi che l’impatto ambientale del processo di costruzione della pavimentazione. Si illustrerà ora una breve parte della normativa di riferimento per la progettazione stradale che si è utilizzata per dedurre le caratteristiche geometriche normative della strada analizzata.
3.1. DM 5 Novembre 2001
Si definisce "strada" l'area ad uso pubblico destinata alla circolazione dei pedoni, dei veicoli e degli animali.
Le norme che formano oggetto di questo testo definiscono i criteri per la progettazione degli aspetti funzionali e degli elementi geometrici delle strade, in relazione alla loro classificazione secondo il Codice della strada. La qualificazione funzionale delle strade è basata sui tipi di utenti e di attività ammesse sulle strade stesse, tenuto conto della situazione ambientale in cui esse sono inserite. I criteri di progettazione riguardano gli elementi geometrici dell'asse e della piattaforma delle strade urbane ed extraurbane, affinché la circolazione degli utenti ammessi si svolga con sicurezza e regolarità. Nello specifico, per i veicoli motorizzati le presenti norme perseguono lo scopo di indurre i conducenti a non superare i valori di velocità posti a base della progettazione.
Conformemente a quanto previsto all'art.2 del "Codice della strada" (D. L.vo 285/92 e suoi aggiornamenti successivi) le strade sono classificate, riguardo alle loro caratteristiche costruttive, tecniche e funzionali, nei seguenti tipi:
A - Autostrade (extraurbane ed urbane) B - Strade extraurbane principali C - Strade extraurbane secondarie D - Strade urbane di scorrimento E - Strade urbane di quartiere
F - Strade locali (extraurbane ed urbane)
Ai fini delle presenti norme e tenuto conto dell'art. 3 del Codice, le denominazioni degli spazi stradali hanno i seguenti significati:
BANCHINA: parte della strada, libera da qualsiasi ostacolo (segnaletica verticale, delineatori di
margine, dispositivi di ritenuta), compresa tra il margine della carreggiata e il più vicino tra i seguenti elementi longitudinali: marciapiede, spartitraffico, arginello, ciglio interno della cunetta, ciglio superiore della scarpata nei rilevati.
Si distingue in:
"Banchina in destra", che ha funzione di franco laterale destro. E' di norma pavimentata ed è sostituita, in talune tipologie di sezione, dalla corsia di emergenza:
"Banchina in sinistra", che è la parte pavimentata del margine interno.
CARREGGIATA: parte della strada destinata allo scorrimento dei veicoli; essa è composta da una
o più corsie di marcia; è pavimentata ed è delimitata da strisce di margine (segnaletica orizzontale).
CONFINE STRADALE: limite della proprietà stradale quale risulta dagli atti di acquisizione o
dalle fasce di esproprio del progetto approvato; in mancanza, il confine è costituito dal ciglio esterno del fosso di guardia o della cunetta, ove esistenti, o dal piede della scarpata se la strada è in rilevato o dal ciglio superiore della scarpata se la strada è in trincea.
CORSIA: parte longitudinale della strada, normalmente delimitata da segnaletica orizzontale, di
larghezza idonea a permettere il transito di una sola fila di veicoli. Si distingue in:
a) corsia di marcia: corsia facente parte della carreggiata, destinata alla normale percorrenza o al sorpasso;
b) corsia riservata: corsia di marcia destinata alla circolazione esclusiva di una o solo di alcune categorie di veicoli;
c) corsia specializzata: corsia destinata ai veicoli che si accingono ad effettuare determinate manovre, quali svolta, attraversamento, sorpasso, decelerazione, accelerazione, manovra per la sosta o che presentino basse velocità (corsia di arrampicamento) o altro;
d) corsia di emergenza: corsia, adiacente alla carreggiata, destinata alle soste di emergenza, al transito dei veicoli di soccorso ed, eccezionalmente, al movimento dei pedoni.
DISPOSITIVO DI RITENUTA: Elemento tendente ad evitare la fuoriuscita dei veicoli dalla
piattaforma o comunque a ridurne le conseguenze dannose. E' contenuto all'interno dello spartitraffico o del margine esterno alla piattaforma.
fa scia d i ris p etto fa scia d i p er tine nz a ca rre gg ia ta ma rgi ne int er no ca rre gg ia ta ma rgi ne la te ra le ca rre gg ia ta fa scia d i p er tine nz a pend enz a tras versal e confin e st rad ale confin e st rad ale ASSE STR AD ALE ev. disp ositi vo d i ri tenuta ev. disp ositi vo d i ri tenuta banc hina in d est ra banc hina in s ini stra sp arti traf fico banc hina in s ini stra banc hina in d est
ra fico traf arti sp
FASCIA DI PERTINENZA: striscia di terreno compresa tra la carreggiata più esterna e il confine
stradale. E' parte della proprietà stradale e può essere utilizzata solo per la realizzazione di altre parti della strada.
FASCIA DI RISPETTO: striscia di terreno, esterna al confine stradale, sulla quale esistono
vincoli alla realizzazione, da parte del proprietario del terreno, di scavi, costruzioni, recinzioni, piantagioni, depositi e simili. Per la larghezza vedere gli articoli 26, 27 e 28 del DPR 495/92.
MARGINE INTERNO: parte della piattaforma che separa carreggiate percorse in senso opposto. MARGINE LATERALE: parte della piattaforma che separa carreggiate percorse nello stesso
senso.
MARGINE ESTERNO: parte della sede stradale, esterna alla piattaforma, nella quale trovano
sede cigli, cunette, arginelli, marciapiedi e gli elementi di sicurezza o di arredo (dispositivi di ritenuta, parapetti sostegni, ecc.).
PIATTAFORMA: parte della sede stradale che comprende i seguenti elementi:
a) una o più carreggiate complanari, di cui la corsia costituisce il modulo fondamentale; b) le banchine in destra e in sinistra;
c) i margini (eventuali) interno e laterale (comprensivi delle banchine);
d) le corsie riservate, le corsie specializzate, le fasce di sosta laterale e le piazzole di sosta o di fermata dei mezzi pubblici (se esistenti).
Non rientra nella piattaforma il margine esterno.
SEDE STRADALE: superficie compresa entro i confini stradali.
SPARTITRAFFICO: parte non carrabile del margine interno o laterale, destinata alla separazione
fisica di correnti veicolari. Comprende anche lo spazio destinato al funzionamento (deformazione permanente) dei dispositivi di ritenuta.
STRADA DI SERVIZIO: strada affiancata ad una strada principale (tipo A, B e D), avente la
funzione di consentire la sosta ed il raggruppamento degli accessi dalle proprietà laterali alla strada principale e viceversa, nonché il movimento e le manovre dei veicoli non ammessi sulla strada principale stessa.
STRADA EXTRAURBANA: strada esterna ai centri abitati. STRADA URBANA: strada interna ad un centro abitato.
La pavimentazione scelta per analizzare la validità del modello è una pavimentazione autostradale di tipo extraurbano (strada tipo A). Le caratteristiche sul tipo di strada, ovvero limiti di velocità,
numero di corsie, larghezza corsie, banchine, spartitraffico e corsie di emergenza sono visibili nelle tabelle normate successive.
3.2. Scelta della pavimentazione
La pavimentazione utilizzata per l’esempio pratico è stata presa dalla relazione tecnica specialistica relativa al dimensionamento delle infrastrutture da progettare nell’ambito dell’intervento denominato “Lavori di ammodernamento ed adeguamento al Tipo 1° delle Norme CNR 78/1980, dal km 153+400 al km 173+900, Macrolotto 3 – Parte 2^, dell’autostrada A3 Salerno – Reggio Calabria” (progetto esecutivo). Nello specifico viene fornita indicazione della struttura (materiali e geometria) che deve essere attribuita alle pavimentazione stradale, affinché risultino idonee a soddisfare i requisiti di resistenza e durabilità attesi nella vita utile ventennale prevista in progetto.
La sezione di pavimentazione autostradale considerata si sviluppa per una lunghezza complessiva pari a 20,5 km ed una larghezza della piattaforma pari a 22,4 m. Si sono considerate due corsie per senso di marcia, ciascuna di larghezza pari a 3,75 m. Completa la sezione la corsia di emergenza di larghezza pari a 3m e la banchina in sinistra di larghezza pari a 0,70 m. Il totale della larghezza della carreggiata è pari a 11,20 m.
La larghezza dello spartitraffico (parte non carrabile del margine interno, destinata alla separazione fisica di correnti veicolari; comprende anche lo spazio destinato al funzionamento dei dispositivi di ritenuta) tra le due carreggiate è pari a 2,60 m. Essa può essere considerata pavimentata o non pavimentata; nel caso in esame è considerata non pavimentata e quindi non influirà nel calcolo del materiale per la costruzione della pavimentazione. La barriera di sicurezza utilizzata è di tipo new Jersey; il suo profilo è volto a minimizzare il danno ai veicoli in caso di contatto accidentale, mantenendo nel contempo la capacità di prevenzione dei salti nella corsia opposta e conseguente scontro frontale. Il risultato è ottenuto permettendo alle gomme del veicolo di salire sul piede a base inclinata, la cui pendenza obbliga la ruota e quindi il veicolo ad allontanarsi dalla barriera. La soluzione tipologica scelta per l’asse principale è quella “semirigida”, così articolata:
• Strato di usura drenante in conglomerato bituminoso modificato “drenante” da cm 5; • Strato di collegamento in conglomerato bituminoso tradizionale da cm 7;
• Strato di base in conglomerato bituminoso tradizionale da cm 15; • Strato di fondazione in misto cementato da cm 20;
• Strato di fondazione in misto granulare da cm 20; • Strato di sottofondo con materiale da rilevato.
Il tutto per uno spessore totale della pavimentazione pari a cm 67.
Figura 30 - Composizione pavimentazione stradale
TAPPETO DI USURA STRATO DI COLLEGAMENTO STRATO DI BASE STRATO DI FONDAZIONE (misto cementato) FONDAZIONE
(misto granulare stabilizzato)
3.2.1. Conglomerato bituminoso drenante (usura)
Come da capitolato d’appalto il conglomerato bituminoso per usura drenante è costituito da una miscela di pietrischetti frantumati, sabbie ed eventuale additivo impastato a caldo con bitume modificato.
Questo conglomerato dovrà essere impiegato prevalentemente con le seguenti finalità:
- Favorire l’aderenza in caso di pioggia eliminando il velo d’acqua superficiale soprattutto nelle zone con ridotta pendenza di smaltimento (zone di transazione rettifilo-clotoide, rettifilo-curva);
- Abbattimento del rumore di rotolamento (elevata fonoassorbenza)
3.2.2. Conglomerato bituminoso tradizionale (binder e base)
Lo strato di base e binder in conglomerato bituminoso è costituito da un misto granulare, prevalentemente di frantumazione, composto da una miscela di aggregato grosso, fine e filler (secondo le definizioni riportate nella Norma UNI EN 13043:2004 “Aggregati per miscele
bituminose e trattamenti superficiali per strade, aeroporti ed altre aree soggette a traffico”),
impastato a caldo con bitume semisolido per uso stradale (con definizioni e requisiti di cui alla Norma Norme UNI EN 12591:2002 “Bitume e leganti bituminosi – Specifiche per i bitumi per
applicazioni stradali”), previo preriscaldamento degli aggregati, steso in opera mediante macchina
vibrofinitrice e costipato con rulli gommati, vibranti gommati e metallici.
Per le caratteristiche del bitume si richiamano espressamente le norme di cui all’art. 5, i conglomerati di base, binder e usura potranno essere realizzati con bitumi di base oppure con bitumi modificati. I materiali dovranno essere conformi ai sistemi di attestazione previsti dalla normativa vigente.
3.2.3. Misto cementato
Il misto cementato per fondazione (sottobase) sarà costituito da una miscela di inerti lapidei, impastata con cemento ed acqua in impianto centralizzato con dosatori a peso o a volume, da stendersi in un unico strato dello spessore finito di 20 cm. Altri spessori potranno essere richiesti purchè non inferiori a 20 cm e non superiori a 30 cm.
Funge da rinforzo per la sovrastruttura, aumentando la capacità portante, diminuendo la deformabilità e aumentando la durabilità. E’ una soluzione adottata in strade soggette ad elevato traffico pesante.
3.2.4. Misto granulare
La fondazione in oggetto è costituita da una miscela di terre stabilizzate granulometricamente; la frazione grossa di tale miscela (trattenuta al setaccio ISO 5652 mm) può essere costituita da ghiaie, frantumati, detriti di cava, scorie o anche altro materiale ritenuto idoneo dalla D.LL.
La fondazione potrà essere formata da materiale di apporto idoneo oppure da correggersi con adeguata attrezzatura in impianto fisso di miscelazione. Lo spessore da assegnare alla fondazione sarà fissato dalla D.LL.
Svolge la funzione di ripartizione dei carichi verticali e costituisce una superficie regolare per la stesa degli strati legati.
La sovrastruttura dell’asta principale viene verificata con il “Catalogo delle Pavimentazioni Stradali” CNR. Con lo stesso metodo è stata verificata la pavimentazione della viabilità secondaria. Per verificare l’adeguatezza della pavimentazione proposta si è seguito il metodo empirico-teorico riportato in AASHTO – Guide for design Pavement Structures – 1986, che è anche alla base dei calcoli del catalogo italiano. Tutte queste verifiche sono state fatte preliminarmente; prima dell’inserimento della pavimentazione nel modello in quanto lo strumento di calcolo che si utilizza non compie questi accertamenti.
Inoltre si è deciso di analizzare la pavimentazione per una vita utile corrispondente a 20 anni. Di seguito è stata riportata una sezione tipo della pavimentazione autostradale utilizzata nel modello.
3.3. Inserimento dati nel modello
3.3.1. Design
I dati da inserire in questo foglio elettronico di calcolo sono quelli inerenti al design della pavimentazione autostradale ovvero lunghezza, larghezza e spessore. Facendo un semplice calcolo, moltiplicando la lunghezza per la larghezza per lo spessore di ogni singolo strato il modello, si ricaverà i volumi (m3). Questi volumi successivamente verranno sommati per ricavare il volume totale di materiale di cui la pavimentazione autostradale necessita per essere realizzata.
Si andrà quindi a completare la tabella nel seguente modo:
Figura 31 - Design pavimentazione autostradale
Lo spessore totale, come da progetto e verifiche preliminari, è di 67 cm. Il volume totale di materiale di cui si necessita per la realizzazione di tutta la sezione della pavimentazione autostradale che si considera è pari a 307.664 m3. Il volume di materiale totale risultante in questa tabella comprende al suo interno materiali diversificati (aggregato vergine, bitume, cemento, ecc..). Si è deciso inoltre, volutamente, di non prendere in considerazione i volumi di materiale necessari per la costruzione delle scarpate.
Figura 32 - Schema pavimentazione considerata
Figura 33 - Periodo di analisi
3.3.2. Costruzione iniziale
Questo foglio richiede i valori relativi alla composizione dei vari strati della pavimentazione; si dovranno quindi inserire i dati relativi alla miscela di materiale utilizzato per la realizzazione di ogni singolo strato. I dosaggi dei materiali che andranno a comporre la miscela sono stati presi direttamente dal produttore, poiché sono dati difficilmente reperibili con ricerche tradizionali. Nel caso in esame i dosaggi sono stati reperiti presso Cava Prati (Verona).
I dosaggi delle miscele sono i seguenti:
1) Conglomerato Bituminoso Drenante (ton): - kg. 262 Aggregati Calcarei (Sabbia)
- kg. 617 Aggregati Basaltici (Grossi) Aggregato Vergine kg. 935 - kg. 56 Filler
- kg. 65 Bitume Modificato
2) Conglomerato Bituminoso Tradizionale (Binder) (ton): - kg. 325 Aggregati Calcarei (Sabbia)
- kg. 594 Aggregati Calcarei (Grossi) Aggregato Vergine kg. 957 - kg. 38 Filler
- kg. 43 Bitume
3) Conglomerato Bituminoso Tradizionale (Base) (ton): - kg. 290 Aggregati Calcarei (Sabbia)
- kg. 638 Aggregati Calcarei (Grossi) Aggregato Vergine kg. 960 - kg. 32 Filler
- kg. 40 Bitume 4) Misto Cementato (m3):
- kg. 737 Aggregati Calcarei (Sabbia) - kg. 1.308 Aggregati Calcarei (Grossi) - kg. 80 Cemento
- kg. 40 Acqua
I quantitativi elencati rappresentano i dosaggi per ogni tonnellata di prodotto dei vari materiali per singola miscela. Avendo purtroppo a disposizione solo una casella nella tabella per gli aggregati si sono dovute fare delle approssimazioni. L’approssimazione che si è dovuta fare è quella di aver considerato per i tre strati di conglomerato bituminoso gli aggregati calcarei (Sabbia), gli aggregati basaltici (Grossi) ed il filler come un’unica componente denominata aggregati vergini.
Aggregati Calcarei (Sabbia) + Aggregati Basaltici (Grossi) + Filler = Aggregato Vergine Inoltre poiché la tabella richiede l’inserimento dei volumi dei materiali in m3 si è proceduto con la trasformazione da kg a m3 dividendo ogni singolo valore in kg per il proprio peso specifico ottenendo quindi i dati in m3.
1. Conglomerato Bituminoso Drenante:
- Aggregato Vergine = 0,935/2,92 = 0,3202 m3 - Bitume Modificato = 0,065/1,10 = 0,05916 m3 2. Conglomerato Bituminoso Tradizionale (Binder):
- Aggregato Vergine = 0,957/2,92 = 0,32774 m3 - Bitume = 0,043/1,10 = 0,03914 m3
3. Conglomerato Bituminoso Tradizionale (Base): - Aggregato Vergine = 0,960/2,92 = 0,32877 m3 - Bitume = 0,040/1,10 = 0,03641 m3
Ora poiché si hanno i dosaggi per ogni tonnellata di prodotto dei vari materiali per singola miscela si potranno ricavare, tramite delle semplici equivalenze, i volumi dei materiali totali che andranno a comporre ogni singolo strato della pavimentazione autostradale.
Si utilizzerà la seguente equivalenza:
x : Volume Totale Singolo Strato = Volume Singolo Materiale : Volume Totale Miscela a) Conglomerato Bituminoso Drenante:
- Aggregato Vergine x : 22.960 = 0,3202 : 0,37936 x = 19.379,46 + - Bitume Modificato x : 22.960 = 0,05916 : 0,37936 x = 3.580,54 =
22.960 m3 b) Conglomerato Bituminoso Tradizionale (Binder):
- Aggregato Vergine x : 32.144 = 0,32774 : 0,36688 x = 28.714,77 + - Bitume x : 32.144 = 0,03914 : 0,36688 x = 3.429,23 =
32.144 m3
